于龙、高连达、端木昭勇、侯建华
满洲里达赉湖热电公司
摘 要
“三北”地区70%以上煤电都是热电机组，即使在保障供热的最小出力状态下，很多省份的风电接纳空间都已大大受限，低负荷时期电力更是难以平衡。热电联产发电机组是北方城市冬季最主要的供暖热源。城市发展建设快速增长的供暖需求，使热电联产机组常处于满负荷运行，造成热电解耦困难，电网调峰极为困难。
关键词：电锅炉；调峰；蓄热水罐
一、 前言
冬季供暖期调峰困难，弃风问题严重，电力系统的新能源消纳能力成为制约我国可再生能源发展的关键因素。尤其是我国“三北”地区，由于燃煤热电比例高，调峰电源建设条件差，因此，在发电侧建设大功率电蓄热调峰锅炉，利用发电机组电能转换成热能补充到热网，可以实现燃煤火电机组在不降低出力的情况下，实现对电网的深度调峰。另外，新增的电蓄热锅炉可增加高峰期热量供应，提高热电厂供热能力，对于提高电力系统可再生能源消纳能力有十分重要的意义。结合此情况本文以达赉湖热电公司为例，结合其供热系统在热电联产机组侧安装大功率电热转换设备，利用厂内自备电力，在关口表前将本厂深度调峰的电力转换为热能，就可以实现深度调峰同时保证供热能力不下降的前提下，有效解决电网调峰与供热间的矛盾，化解“三北”地区弃风、弃光问题。
满洲里达赉湖热电有限公司位于内蒙古满洲里市扎赉诺尔区重工业园区，建有2台200MW抽凝汽轮发电组，供热抽汽压力0.245MPa，抽汽温度242℃，供热范围是灵泉地区扎赉诺尔地区，政府新区，以及原煤矸石热电厂的局址地区、西山矿等地区，是本地区唯一供热热源。热网接待面积478.92万平方米，供回水温度120/70℃，设计压力1.6MPa。供热半径15.9公里，为解决内蒙地区弃风弃光状况，实现新能源上网，以及提升供热安全性，拟在达赉湖热电新增有蓄热功能的电蓄热炉及其配套的土建、热水管道、配电及控制等辅助工程，用于电网调峰消纳清洁能源，同时增加电厂的供热能力。
二、满洲里达赉湖热电有限公司电锅炉建设必要性分析
1.供热面积大幅提升，机组调峰考核风险增加
根据国网蒙东电力调度控制中心的要求，达赉湖热电公司2台200MW机组于2018年参与调峰辅助服务市场交易，在供热期有偿调峰基准为50%负荷；非供热期有偿调峰基准为48%负荷。
达赉湖热电公司现接待供热面积478.92万平米，2019年经国家能源局东北电监局机组最小运行方式核定供热中期机组最小运行方式280MW。2021年度达赉湖热电公司规划并实施满洲里地区长距离供热改造项目，届时供热面积将达840万平方米，供热量达到480MW/h,在低压缸零出力运行状态机组发电负荷需达到70%以上才能满足供热要求。
综合达赉湖热电公司现有供热面积及机组调峰能力，在冬季供热期间机组不具备将电负荷调至50%以下的能力，尤其2021年满洲里地区长距离供热项目实施接带满洲里市区供热面积热往后，调峰分摊考核风险将进一步加大。结合此情况，计划通过电锅炉蓄热辅助调峰设施解决机组调峰问题，电锅炉蓄热辅助调峰设施降低电网调峰期间机组上网负荷率，同时将电能转换的热能进行供热，减少机组抽汽供热，实现降低供热煤耗的节能要求。
2.区域内单一热源，供热安全风险极大
达赉湖热电公司承担着满洲里扎赉诺尔区478.92万平方米整体供热，是该地区唯一热源点。
扎赉诺尔区冬季严寒期极端最低气温-43.44℃，冬季供热期间一旦机组出现降出力、非计划停运等极端工况，因无其他备用热源，将产生热网冻害的重大事件，对民生产生重大影响。
针对单一热源供热安全风险极大的问题，通过增加电锅炉蓄热辅助调峰设施，可解决此类风险。在机组出现降出力、非计划停运等极端工况时，通过外送电利用电锅炉蓄热装置将电能转换为热能补充热网供热的运行方式，达到短期内供热热源替代的目的。
3.区域内新能源增量显著，调峰压力持续增加
达赉湖热电公司升压站采用双母线接线方式，机组以发变组形式接入220千伏升压站，通过双回220千伏线路接入呼伦变。目前，满洲里地区装机容量共计102.5万千瓦，其中火电装机46万千瓦；新能源风电场六个装机容量41.5万千瓦；光伏电站三个装机容量5万千瓦，2020年年底新增光伏项目装机容量10万千瓦，届时光伏总装机容量将达到15万千瓦，全部通过呼伦变220kv线路外送到海北变。呼伦变最大外送能力为40万千瓦，本地区电能消纳能力为22万千瓦，按照现有政策只要新能源发电条件条件良好，火电必须给新能源让路，受呼伦变送出线路瓶颈限制，我公司机组调峰压力将进一步增加。
针对区域内新能源增量及电网外送瓶颈，通过增加电锅炉蓄热辅助调峰设施可解决问题，在供热期机组运行低谷时段，可利用机组部分电能转化为热能蓄热，有利于边蓄热边供热的运行方式的调节，同时在能够保障机组锅炉最低负荷稳燃的基础上，进入深度调峰二档＜40%负荷区间。
三、满洲里达赉湖热电有限公司电锅炉蓄建设实施技术路线
对于满洲里达赉湖热电有限公司（2×200MW）热电机组而言，由于目前热网负荷快速增长，目前机组供热能力仅能满足城市采暖供热需求，因此在采暖中期热网热负荷最高时无法提供存储多余的热量用于热电解耦时段，故而热水储热系统等无法实现，结合此情况计划设置电极锅炉配热水蓄热罐，在深度调峰时段，利用电锅炉消耗部分机组发电量并同时对外供热补充热网所需的供热量的方式进行深度调峰热电解耦。在满足灵活性调峰运行的情况下，提高机组供热能力，目前较为可行的方式为以电能产生热能的方案，即利用电锅炉消耗机组部分发电量，用电能转化为热能进行对外供热，从而补充因机组在低负荷运行时抽汽量被迫减少带来的热负荷缺口，实现热电解耦。电锅炉方案选择考虑到单机供热稳定性等因素，大于两台机组50%THA工况下200MW的出力，即热网系统可实时消纳机组电能，故本方案推荐采用电极式锅炉配热水蓄热罐供热的调峰方式。
结合达赉湖热电公司现接待和规划的满洲里市区长距离供热面积以及机组系统情况，规划实施的电锅炉蓄热辅助调峰设施技术路线为：设置4×50MW直接加热电极式热水锅炉；设置一座常压热水蓄热罐，总蓄热量200MWh，容积8000m3,蓄热温度95℃，调峰小时5小时，蓄热温差40℃。目前应用较为成熟的直接加热式电锅炉是电极式热水锅炉，其利用高压电极对水进行加热。电极式热水锅炉系统主要由电极式锅炉、循环水泵、定压补水设备以及换热器等设备组成。它是将电能转化热能并将热能传递给介质的能量转换装置，电流通过电极与水接触产生热量，将热能传递给介质，电极通电后，不断地产生热量，并被介质（水）不断地吸收带走，介质（水）由低温升至高温，再由循环水泵送到热用户，释放能量，介质（水）再由高温降至低温，进入电极锅炉，以此往复保持热量平衡。
结论：
综合供热安全、新能源增量、电网调峰需求等必要性因素，达赉湖热电公司通过设置电锅炉满足高温热水热负荷，电锅炉用电来自厂用电，由于电锅炉消耗了部分电量，因此机组实际发电负荷可以不用降至过低，机组能够保持较高发电负荷的同时，采暖抽汽供热能力不至于降至过低，加上电锅炉补充的部分热量，仍然能够满足热网热负荷的需求，从而实现机组的深度调峰热电解耦。同时还可以获得较好的调峰补偿收益。实施电锅炉建设后一方面解决了单一热源的保障安全供热问题，等于新增备用热源。
参考文献：
1.方斌文、叶水泉.电力蓄热技术应用【J】制冷空调与电力机械，2004，（2）71-76